Het beeld van het atoom, met elektronen opeengepakt rond een centrale kern die uitpuilt van protonen en neutronen, is net zo iconisch voor onze opvatting van de wetenschap als de helix van DNA of de ringen van Saturnus. Maar hoe ver we ook aan de oppervlakte van deze wetenschappelijke grondbeginselen komen, we kunnen dieper gaan dan dat, door deze microscoop verder te richten en meer van de krachten te ontdekken die onze wereld beheersen.
In zijn nieuwe boekCharge: Waarom regeert de zwaartekracht?“, onderzoekt theoretisch natuurkundige Frank Close de fundamentele krachten die ons universum beheersen, en stelt gaandeweg vragen die proberen uit te leggen hoe het delicate evenwicht van positieve en negatieve ladingen de weg vrijmaakte voor de zwaartekracht om ons universum vorm te geven.
In deze aflevering legt hij uit hoe magnetisme, de fundamentele, tastbare kracht, werd ontdekt, waar het vandaan kwam en hoe het zijn naam kreeg.
De kracht zit binnenin
Magnetisme is een manifestatie van elektriciteit, en omgekeerd. Elektriciteit en magnetisme zijn vanaf het begin in onze omgeving ingeprent. Vijf miljard jaar geleden, toen de opkomende aarde een heet plasma van wervelende elektrische stromen was, creëerden deze stromen magnetische velden. Toen het magma afkoelde en vormde wat tegenwoordig bekend staat als de vaste buitenste korst van de wereld, Magnetisme Het zat vast in mineralen die ijzer bevatten, zoals magnetiet.
vandaag is De vloeibare kern van de aarde Er is nog steeds een terpsichoreaanse razernij van elektrische stromen, die een magnetisch veld opwekken. Dit strekt zich uit tot in de atmosfeer en tot ver daarbuiten, en is onzichtbaar voor onze natuurlijke zintuigen. Maar terwijl het zich vanuit de bron in de gesmolten kern naar de hemel daarboven verspreidt, dringt het eerst de aardkorst binnen. Hier laat het een tastbare afdruk achter, een bewijs van het bestaan van een kracht die sterker is dan de zwaartekracht en die in de aarde actief is en waarvan de invloed zich tot over zeer lange afstanden uitstrekt.
Als we teruggaan naar het vroege Precambrium, vier miljard jaar geleden, toen het oppervlak afkoelde, verzamelden atomaire elementen zich in de lagen. Het meest stabiele van deze elementen is ijzer, dat tegenwoordig een van de meest voorkomende elementen in de aardkorst is. Stollingsgesteenten gevormd uit lava. Deze rotsen hebben de eigenschap dat hun ijzeratomen in de aanwezigheid van een magnetisch veld zich gedragen als soldaten in een parade en zelf magnetisch worden. Dit wordt uitgebuit in populaire demonstraties waarbij het magnetische veld van een staafmagneet zichtbaar kan worden gemaakt.
Kleine stukjes ijzer worden eerst op het oppervlak van de tafel verspreid en vervolgens wordt er voorzichtig een magneet tussen geplaatst. Het magnetische veld stimuleert het magnetisme in het ijzervijlsel, waardoor er duizenden miniatuurmagneten ontstaan. Elk van deze elementen oriënteert zichzelf in het magnetische veld en onthult hoe de richting van de magnetische kracht van de ene plaats naar de andere verandert.
Verwant: Waarom hebben magneten een noord- en een zuidpool?
Een staafmagneet is een eenvoudig model dat laat zien wat er met de magnetische aarde zelf gebeurt. De magnetische noord- en zuidpolen van de aarde Ze lijken op die van een staafmagneet, het magnetische veld van onze planeet dat zich tot ver in de ruimte uitstrekt. Er zijn geen ijzervijlsel in de ruimte, maar grote hoeveelheden ijzererts worden gevonden in heuvels, hellingen en bergen op aarde. Op sommige plaatsen zijn deze magnetische assemblages toevallig zeer uitgebreid, zoals op het eiland Elba en de berg Ida in Klein-Azië, waar grote ontsluitingen de magnetische afdruk behouden in rotsen die historisch bekend stonden als magneetsteen en nu magnetiet worden genoemd.
Er zijn legendes die zeggen dat duizenden jaren geleden in het oude Griekenland een herder, die leren laarzen droeg die op zijn plaats werden gehouden met ijzeren spijkers, letterlijk op magnetiet stuitte toen sterk magnetisme de spijkers in zijn schoen gevangen hield. Of een herder genaamd Magnes de gelijknamige rots wel of niet heeft ontdekt, en zo ja, of dat nu in Magnesia, ten noorden van Athene, of op de berg Ida in Klein-Azië, of zelfs een andere berg Ida op het eiland Kreta is, het is zeer waarschijnlijk dat Dergelijke ervaringen hadden, ook al waren ze minder dramatisch dan in het verhaal, bij verschillende gelegenheden kunnen plaatsvinden.
Zeker, de kracht van magnetisme is al sinds de ijzertijd duidelijk zichtbaar. Bliksem is een elektrische stroomflits die intense magnetische velden genereert en ijzergesteente magnetiseert. Smelten om puur ijzer uit deze bronnen terug te winnen zou hun magnetische aantrekkingskracht onthullen. Dit fenomeen is dus waarschijnlijk al ongeveer 3000 jaar bekend. Net als bij de ontdekking van vuur kan magnetisme op verschillende plaatsen onafhankelijk van elkaar zijn ontstaan, allemaal geïnspireerd door de natuurlijke magnetisatie van ijzer in gesteenten.
Omdat magnetische rotsen overal zijn. Tegen de 16e eeuw noteerden reizigers de beste voorbeelden, uit Oost-India en de Chinese kust: “Zeer groot en zwaar; [the stone] ‘Hij zal voor zichzelf een behoorlijk gewicht van ijzer of staal trekken of tillen.’ [Robert Norman, The Newe Attractive, 1581]. Toen de kennis over dit fenomeen zich verspreidde van de Griekse mythologie naar het Latijn en vervolgens naar het Engels, veranderden de namen in ‘magnes rock’ of ‘magneet’.
© [Oxford University Press]
Fragment uit CHARGE: Waarom regeert de zwaartekracht? Geschreven door Frank Close, uitgegeven door Oxford University Press, Verkrijgbaar in hardcover- en e-bookformaat
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”